论文部分内容阅读
航天器空间对接技术是发展载人航天、进行大型航天器在轨装配、建立空间站的关键技术之一，也是我国航天事业进一步发展所迫切需要解决的问题。空间对接仿真技术是对接技术研究中的重要内容，也是对接系统研制以及性能测试中需要解决的关键性技术。针对我国空间技术发展的需要，本文对空间航天器对接过程半物理仿真试验系统进行了深入的研究。 首先介绍了两航天器的对接过程，对航天器对接过程半物理仿真试验系统的组成以及试验原理进行了研究。对对接半物理仿真试验系统中用于模拟两航天器对接过程中相对运动的关键机构——液压驱动的六自由度运动平台进行了运动学和动力学分析。针对仿真系统中所应用的运动平台以及负载质量较小的情况，运用凯恩法建立了考虑各液压缸惯量影响的平台系统完整动力学模型。 其次，对对接过程中两航天器的缓冲过程进行了分析，建立了两航天器对接缓冲过程单自由度模型。通过运用仿真系统对对接单自由度缓冲过程的模拟以及对仿真系统进行稳定性分析，得到了对接半物理仿真系统中所模拟的对接过程动力学振动频率、对接系统参数配置和六自由度运动平台特性之间的关系；明确了对接仿真系统的稳定性以及动力学模式下仿真系统所能模拟的对接过程。并通过对单自由度缓冲过程的模拟试验对所得到的结论进行了试验验证。 然后对两航天器对接仿真试验中的对接初始条件轨迹规划算法进行了研究，得到了一种在仿真试验中能有效保证对接初始条件的轨迹规划解析算法。在研究空间两刚体的碰撞接触模型的基础上，对采用“锥—杆”式对接机构进行对接的两航天器对接过程建立了两体动力学模型。并对相应的半物理仿真过程中两航天器的相对运动的模拟进行了研究。通过将对接动力学应用到对接半物理仿真试验系统，对不同对接初始条件下两飞行器的对接过程进行了仿真试验。试验结果验证了对接初始条件规划算法以及对接过程的模拟的有效性。试验证明本文所述的对接半物理仿真系统能有效地模拟空间两航天器的对接过程。 最后对两航天器强制校正过程的模拟进行了研究。由于在强制校正过程中两航天器之间的连接刚度变化范围很大，采用动力学模拟方式难以保证模拟系统的稳定性，因此研究了采用力控制方式进行强制校正过程模拟的试验系统。为适应模拟过程中连接刚度的大范围变化，本文应用Popov超稳定性理论设计了模型参考自适应力控制器，并将设计的自适应力控制器应用到强制校正模拟系统中，进行了强制校正过程模拟试验。强制校正模拟试验结果表明所设计的自适应控制器能适应模拟过程中连接刚度以及推出拉近速度变化的影响，使系统满足性能指标要求。